新規な機能性ノンストイキオメトリックナイトライドの創製

• 研究課題/領域番号: 15685012
• 研究種目: 若手研究(A)
• 配分区分: 補助金
• 研究分野: 無機工業材料
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 後藤 琢也 京都大学, エネルギー科学研究科, 助手 (60296754)
• 研究期間 (年度): 2003 – 2005
• 研究課題ステータス: 完了 (2005年度)
• 配分額: 11,440千円 (直接経費: 8,800千円、間接経費: 2,640千円); 2005年度: 3,380千円 (直接経費: 2,600千円、間接経費: 780千円); 2004年度: 3,510千円 (直接経費: 2,700千円、間接経費: 810千円); 2003年度: 4,550千円 (直接経費: 3,500千円、間接経費: 1,050千円)
• キーワード: 窒化物薄膜 / 溶融塩 / 電気化学 / 半導体 / 組成制御 / 窒化物半導体 / 窒化スズ / 窒化亜鉛 / 電解酸化 / 窒化物イオン / バンドギャップ / 溶融塩電気化学プロセス / 窒化物 / 非平衡プロセス / ノンストイキオメトリック / LiCl-KCl

研究概要

平成16年度までに、形成のモデルケースとして、電気化学インプランテーションによるアルミニウム窒化、亜鉛窒化物、スズ窒化物の形成を行い、形成条件と得られる窒化物の構造的特性・電子状態との相関を明らかにし、新規な窒化物半導体薄膜の創製手法を確立した。このような結果を踏まえ、平成17年度は、溶融LiCl-KCl中(450℃)におけるマグネシウム窒化物の形成とその物性評価を行った。まず、熱力学的考察により、LiCl-KCl中(450℃)におけるMg-N系の電位-pN3-図を作成し、Mg3N2化合物の熱力学的な安定電位領域を明らかにした。次に、窒化リチウム(Li3N)を添加したLiCl-KCl中(450℃)において、マグネシウム電極を用いてサイクリックボルタンメトリーを行い、電極挙動を明らかにするとともに、実際の窒化物形成電位に関する知見を得た。さらに、マグネシウム電極を用いて、種々の電位で定電位電解を行い、得られたサンプルをX線回折法により分析した。その結果、0.3V vs.Li+/Liより卑な電位領域では、Mg-Li合金が形成することを明らかにした。また、0.4-0.8V vs.Li+/Liにおいては、黄色のMg3N2化合物薄膜が形成することを確認した。また、この化合物薄膜の紫外可視領域の反射率測定を行った結果、バンドギャップが、直接遷移型を仮定した場合3.15eV、間接遷移型を仮定した場合2.85eVとなることを明らかにした。

研究成果

• [雑誌論文] Electrochemical formation of AlN in molten LiCl-KCl-Li3N systems (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Goto, T.Iwaki, Y.Ito
  • 雑誌名: Electrochimica Acta 50巻 ページ: 1283-1288
• [雑誌論文] Electrochemical nitriding of Sn in LiCl-KCl-Li3N systems (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Goto, Y.Ito
  • 雑誌名: Journal of Physics and Chemistry of Solids 66巻 ページ: 418-421
• [雑誌論文] Optical properties of zinc nitride formed by molten salt electrochemical process (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Toyoura, H.Tsujimura, T.Goto, K.Hachiya, R.Hagiwara, Y.Ito
  • 雑誌名: Thin Solid Films 492巻 ページ: 88-92
• [雑誌論文] Structural and optical properties of magnesium nitride formed by a novel electrochemical process (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Toyoura, T.Goto, K.Hachiya, R.Hagiwara
  • 雑誌名: Electrochimica Acta 51巻 ページ: 56-60
• [雑誌論文] Electrochemical nitriding of Sn in LiCl-KCl-Li_3N systems (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Goto, Y.Ito
  • 雑誌名: Journal of Physics and Chemistry of Solids 66 ページ: 418-421
• [雑誌論文] Electrochemical formation of AlN in molten LiCl-KCl-Li_3N systems (2005)
  • 著者名/発表者名: T.Goto, T.Iwaki, Y.Ito
  • 雑誌名: Electrochimica Acta 50 ページ: 1283-1288
• [雑誌論文] Thermodynamic Investigation of Nitrogen Electrode Reaction in a LiCl-KCl-CsCl Melt (2005)
  • 著者名/発表者名: K.Kobayashi, H.Nakajima, T.Goto, Y.Ito
  • 雑誌名: Journal of The Electrochemical Society (印刷中)
• [雑誌論文] Formation and control of zinc nitride in a molten LiCl-KCl-Li_3N system (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Goto, K.Toyoura, H.Tsujimura, Y.Ito
  • 雑誌名: Materials Science and Engineering A A380 ページ: 41-45
• [雑誌論文] Electrochemical surface nitriding of zirconium in LiCl-KCl-Li_3N systems (2004)
  • 著者名/発表者名: T.Goto, H.Ishigaki, Y.Ito
  • 雑誌名: Materials Science and Engineering A A371 ページ: 353-358
• [雑誌論文] Growth Kinetics of Nitrided Layers on Stainless Steels during Electrochemical Nitriding in Molten LiCl-KCl-Li_3N Systems (2004)
  • 著者名/発表者名: H.Tsujimura, T.Goto, Y.Ito
  • 雑誌名: New Materials for Electrochemical Systems 7 ページ: 221-230
• [文献書誌] T.Goto, T.Iwaki, Y.Ito: "Electrochemical formation of AlN in molten LiCl-KCl-Li_3N systems"J.Electrochem.Soc. 発表予定. (2004)
• [文献書誌] H.Tsujimura, T.Goto, Y.Ito: "Electrochemical surface nitriding of pure iron by molten salt electrochemical process"J.Alloys Compd.. 発表予定. (2004)
• [文献書誌] H.Tsujimura, T.Goto, Y.Ito: "Surface nitriding of SUS 304 austenitic stainless steel by molten salt electrochemical process"J.Electrochem.Soc.. 発表予定. (2004)
• [文献書誌] T.Goto, H.Ishigaki, Y.Ito: "Electrochemical surface nitriding of zirconium in LiCl-KCl-Li_3N systems"Mater.Sci.Eng.A. 発表予定. (2004)
• [文献書誌] H.Tsujimura, T.Goto, Y.Ito: "Electrochemical nitriding of cobalt by molten salt electrochemical process"J.Electrochem.Soc.. 発表予定. (2004)
• [文献書誌] T.Goto, Y.Ito: "Electrochemical nitriding of Sn in LiCl-KCl-Li_3N systems"J.Phys.Chem.Solids. 発表予定. (2004)